高容MLCC关键工艺技术的研究开发细节

片式多层陶瓷电容器(MLCC)因具有体积小、内部电感低、绝缘电阻高及漏电流小、介质损耗低和价廉等优点，被广泛使用在各种电子整机中的振荡、耦合、滤波和旁路电路，尤其是高频电路。由于MLCC与铝电解电容、钽电容和塑料薄膜电容相比较具有体积小、适用表面贴装和稳定工作等优点，现在正逐步吞噬其他类型的电容器，高比容MLCC是各厂家开发的重点。

实验方法

1、使用仪器

HP4278A电桥、NF2511A绝缘测试仪、1870耐电压测试仪、XL30型扫描电镜、MS2000型激光粒度分析仪和台阶仪。

2、MLCC制作流程及结构图

1、产品设计

本试验样品为0805规格的电容器，容量10μF，标称电压6.3V，MLCC的静电容量公式为：

C =εSn/d

式中：C为电容量；ε为陶瓷介质介电常数；S为金属电极正对面积；n为电极层数；d为电极间距，即每层介质厚度。

为获得10μF的电容量,受0805规格的尺寸限制，需要的介质厚度2μm左右，电极层数350层左右。本案采用膜片的厚度为2μm，电极层数为360层。

2、陶瓷浆料和介质膜片制备

本试验陶瓷介质采用的主要材料“BT”的粒度在0.25μm～0.30μm之间，陶瓷浆料配方使用PVB体系树脂，酒精和甲苯为溶剂，适当添加增塑剂DOP来调整流延工序的膜片弹性。陶瓷浆料的分散设备为砂磨机，获得的陶瓷浆料粒度分布集中，粉体颗粒均匀，为获得超薄介质膜片，采用R2流延方式，流延出的2μm陶瓷介质膜片致密并且堆积密度高。陶瓷浆料的粒度分布图如图3所示，介质膜片SEM图片如图4所示。

为获得均匀完整的电极层，采用线径15μm、纱厚20μm,乳胶厚度1μm～2μm的孔径30μm左右的重轧压钢丝网,通过调整丝印机的网高、压力和印速等参数，保证印刷的电极厚度在0.8μm～1.2μm之间。电极印刷图形完整无缺陷，厚度均匀。如图5和图6所示。

成型是将丝印后的巴块经静水压,把压力均匀送至巴块,使巴块各部分均匀受压,电极层与介质层彼此紧密结合,提高烧结后瓷体致密性。为了保证电极层与陶瓷介质结合紧密，层压压力设定为140MPa，水温设定为75℃，保压时间为15min。层压后的巴块无变形和无粘袋，切割后的芯片分散良好。

5、排胶与烧结

排胶是将配料工序添加的用于流延成型的黏合剂（树脂）在一定温度条件下，让树脂缓慢分解，避免瓷体烧结时产生分层和开裂缺陷。烧结是将介质粉体在一定温度和气氛条件下完成成瓷的过程。图7为本案采用的烧结曲线。烧结后的芯片无分层和开裂等外观缺陷。

6、芯片断面

烧成后芯片内部SEM照片如图8所示。

7、常规电性能测试

常规电性能测试（10粒）：测试条件：1.0V，1kHz。试验产品常规电性能见表1。

高比容多层陶瓷电容器MLCC关键制作技术，包括亚纳米陶瓷材料分散、薄介质用陶瓷浆料流延、内电极金属浆料丝网印刷、高精度叠层及高温烧结精准气氛控制技术。

制作高比容多层陶瓷电容器MLCC采用的陶瓷介质材料根据流延介质厚度不同，选用的陶瓷粉体理化性能不一样。为了保证制作的电容器可靠，在介质厚度方向最少需堆积5个～10个晶粒。本案流延2μm的陶瓷介质，采用0.25μm～0.30μm结晶度高的BaTiO3，添加微量的稀有金属氧化物，介质材料耐电强度高(>100V/μm)，具有较强的抗还原性和良好的老化性能。

高比容多层陶瓷电容器MLCC陶瓷介质材料分散的好坏直接决定介质膜片的质量（膜片致密性、弹性强度和表面粗糙度等），本实验采用砂磨机进行分散，通过调整分散进料的泵速、主轴转速及分散的次数，得到粒度分布均匀和稳定的陶瓷浆料，避免陶瓷粉体过度分散、粉体过细和BaTiO3的壳心结构受到破坏，导致制出的MLCC电气性能不良（损耗上升、温度特性超标和耐压低等）。

流延制膜需采用的流延设备精度高，需用PET薄膜作载体进行流延。膜片的干燥程度通过调整烘箱温度、流延速度和抽风大小等参数来确定。为了得到致密性高和无气孔的陶瓷膜片，流延之前须对陶瓷浆料进行真空出泡处理,浆料出泡不净，流延的膜片存在气孔，会导致MLCC产品失效（烧结后金属电极相连），使用的PET薄膜载体表面粗糙度和涂层（硅油）均匀性会影响介质膜片质量和叠层质量。

丝印与叠层：高容MLCC内电极较常规产品的内电极厚度低，表面粗糙度小，电极厚度均匀性好，要满足高容MLCC的内电极要求，除了需要电极金属粉体小和有机体系稳定的金属浆料外，同时要求网版解析度高，乳胶层厚度均匀。金属浆料的固含量、钢丝网的目数、纱厚和乳胶厚度会影响电极层厚度。

层压工艺的选择，层压的温度选择在PVB树脂软化温度区域，过低的温度陶瓷介质之间结合不紧密；过高温度层压后巴块会变形，切割时会切出电极，无法形成电容的完整结构，失去电气性能。层压压力选择：原则上压力越大，陶瓷介质结合越紧密，但压力过大，巴块同样存在变形和巴块硬度过大，导致切割切斜等，不利于芯片分离。

排胶烧结是镍电极MLCC制作关键技术，排胶是将添加在陶瓷粉体内起粘结作用的PVB树脂和DOP等有机物在一定的温度条件下完全分解。选择的温度、升温速率和排气会影响MLCC芯片的排胶效果（有机物的分解），如烧结前有机物未完全分解，残余过多，在烧结快速升温的过程中因有机物快速分解，导致MLCC烧结后内部微裂或分层，同时芯片内部中存在碳残余，影响芯片的可靠性。

结 论

本案研究了制作高比容产品的方法，重点阐述了制作高比容产品的关键技术：

（1）材料选用：采用BaTiO3体系陶瓷介质粉体，添加微量的稀有金属氧化物，粒径0.25μm～0.30μm，介质材料耐电强度高(>100V/μm)，具有较强的抗还原性和良好的老化性能；

（2）配方技术：采用酒精和甲苯作为溶剂，PVB体系树脂作为黏合剂，DOP用于改善膜片塑性，陶瓷介质粉体的体积分数为55%左右，采用砂磨方式分散可制得粒度分布均匀和稳定的陶瓷浆料；

（3）丝网印刷技术：采用线径15μm、纱厚为20μm的孔径30μm左右的重轧压钢丝网,通过调整丝印机的网高、压力和印速等参数，保证印刷的电极厚度在0.8μm～1.2μm之间，电极印刷图形完整无缺陷，厚度均匀；

（4）排胶和烧结技术：在一定的温度曲线下，可将添加到陶瓷浆料中的有机物完全分解，可避免BaTiO3体系瓷介材料在还原气氛下烧结介电性能不受影响。

文章来源：高比容MLCC关键制作技术研究 陈长云，李筱瑜，祝忠勇 广东风华高新科技股份有限公司 电子工艺技术第32卷第4期